曠榮南

（重慶中南橡膠有限公司, 重慶 401120）

關(guān)于GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標準中耐熱老化性能試驗方法的探討

曠榮南

（重慶中南橡膠有限公司, 重慶 401120）

通過對標準GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》中附錄A“耐熱輸送帶的熱老化試驗用試樣的制備方法”的分析，認為由于該方法未明確規(guī)定老化試驗時的試樣擺放方式，給試驗人員留有太多的自由發(fā)揮空間，使得不同的試驗人員理解不一致，其試驗結(jié)果將出現(xiàn)較大的偏差；同時這種老化方法也不利于對產(chǎn)品的開發(fā)試驗，標準要求的制片方法也對不同覆蓋層厚度帶來不同的試驗結(jié)果。對帆布芯耐熱輸送帶的老化試驗，建議按GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》標準進行試驗。

耐熱輸送帶；老化；老化箱；試驗方法

0 前 言

作為輸送帶的一個主要品種——耐熱輸送帶，其被廣泛用于冶金、建材、化工等行業(yè)輸送燒結(jié)、焦炭、水泥熟料、磚瓦等高溫物料[1]，用量占整個輸送帶用量的30%左右。耐熱帶質(zhì)量的好壞代表著整個織物芯輸送帶行業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。現(xiàn)階段作為驗證織物芯耐熱輸送帶優(yōu)劣的標準是GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》[2]，該國家標準于2006年5月實施，取代了原化工部的HG 2297—92《耐熱輸送帶》[3]標準。

這兩個標準都是以國際標準ISO 4195/1-1997《輸送帶耐熱性試驗方法》及ISO 4195/2-1988《輸送帶耐熱性規(guī)范》作為參照制訂的。GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》與HG 2297—92《耐熱輸送帶》的區(qū)別在于：首先，前者增加了T4的耐熱等級，及可耐熱不大于175 ℃的試驗溫度（175 ℃×96 h）；其次，前者增加了耐熱輸送帶的熱老化前、后的縱向全厚度拉伸強度和縱向參考力伸長率的要求和試驗方法；再次，前者增加了耐熱輸送帶常溫及高溫條件下的層間粘合強度的要求和試驗方法；最后，前者用距帶邊至少100 mm的中部，切下兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣置于符合GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》標準要求的熱空氣老化箱中進行相應(yīng)的老化試驗。然后切下覆蓋層，并先在覆蓋層外表面切掉厚度為A的一層，若覆蓋層厚度為h1，則A≈0.5（h1-2），然后切下大約2.5 mm厚的一層，將兩面精細磨光，處理成2 mm厚的薄片；而后者是用400 mm×400 mm的縱向全厚度試樣置于符合GB/T3512標準要求的熱空氣老化箱中進行相應(yīng)的老化試驗。然后切下覆蓋層，再將兩面精細磨光，處理成2 mm厚的薄片即可。從上述對比可以看出，國標比部標有很大的進步，要求也更高，規(guī)定也更細，對促進國內(nèi)耐熱輸送帶的發(fā)展起了積極作用。

但是，這兩個標準在進行縱向全厚度試樣的老化試驗時，都未明確規(guī)定試樣如何放入老化箱，是平放還是立放？是工作面向上還是向下？離熱風口及箱壁的距離是多少？這些問題都未明確規(guī)定，卻都會對最終的試驗結(jié)果帶來極大的偏差。本文就此對按上述國標進行耐熱老化試驗時可能出現(xiàn)的偏差進行探討，望能引起各相關(guān)行業(yè)及從業(yè)者的注意。

1 GB/T 20021—2005與GB/T3512—2001中的不同老化試驗方法對試驗結(jié)果的影響

1.1 試片制作

GB/T3512—2001中5.2規(guī)定不使用完整的制品或試片，而是采用標準的啞鈴試片。而GB/T 20021—2005標準中附錄А.1“熱空氣老化試樣的制備”的規(guī)定是：將按規(guī)定切下的兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣，置于符合GB/T 3512標準要求的熱空氣老化箱中進行相應(yīng)的老化試驗。這里的全厚度試樣實際是完整的制品，與GB/T3512—2001中5.2“熱空氣加速老化和耐熱試驗使用按GB/T 2941的規(guī)定進行狀態(tài)調(diào)節(jié)后的試樣，不使用完整的制品或試片”的規(guī)定不符。同時GB/T3512—2001中的8.1規(guī)定將老化箱調(diào)至試驗溫度，把試樣呈自由狀態(tài)懸掛在老化箱中進行試驗。而按GB/T 20021—2005標準中附錄А.1規(guī)定操作，試樣應(yīng)“置于”而不是“懸掛”在老化箱中。符合GB/ T 3512標準的老化箱在出廠時，共提供兩種可放樣品的方式，一種是平行隔板[圖1(a)]；另一種是旋轉(zhuǎn)掛架[圖1(b)]。故按GB/T 3512—2001 中8.1的規(guī)定，老化試樣只能懸掛在老化箱中，也就是只能用旋轉(zhuǎn)掛架。但這種旋轉(zhuǎn)掛架只能懸掛很輕的試樣。一塊500 mm×500 mm的縱向全厚度輸送帶試樣，輕則2.5 kg，重則達6 kg以上，掛一塊會單邊，掛兩塊旋轉(zhuǎn)掛架根本無法旋轉(zhuǎn)，這樣就只能如圖1(a)中所示，在平行隔板上放全厚度輸送帶試樣進行老化，或直接立放在老化箱中（這兩種擺放方式的不足將在下文詳細討論）。由此必將對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。

圖1 GB/T 3512—2001老化箱

GB/T 20021—2005標準中附錄А.1“熱空氣老化試樣的制備”中要求采用縱向全厚度輸送帶作樣品，這也不利于產(chǎn)品研制中的老化試樣的制作。在老化溫度和時間固定的情況下，樣品表面的老化損傷雖是一樣的，但實際輸送帶的規(guī)格千差萬別，骨架材料既有10層的也有3層的，布型既有100型的也有300型的，工作面蓋膠厚度既有4 mm的也有9 mm的，用不同厚度的蓋膠或不同層數(shù)的骨架材料等將對試驗產(chǎn)生不同的結(jié)果。如按GB/T 3512—2001標準試驗，則是先將其制成2 mm標準啞鈴試片來作老化試樣，試片的幾何尺寸基本一致，并都掛在旋轉(zhuǎn)架上。熱空氣在老化箱內(nèi)自由流通，在旋轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)下，老化箱內(nèi)的各處溫度相當均勻，其試驗結(jié)果與輸送帶的規(guī)格型號并不相關(guān)。

1.2 老化方式

按GB/T3512—2001中3.1“熱空氣加速老化”的原理解釋是——在本試驗方法中，氧氣濃度很低，即使氧化作用很快，氧氣也無法充分擴散到橡膠內(nèi)部以保持一致的氧化作用。而橡膠的熱氧老化機理是橡膠在使用過程中往往在經(jīng)受熱的同時與空氣中氧接觸，此時熱將促進氧化，而氧則促進熱降解，橡膠的熱氧老化是橡膠老化現(xiàn)象中最常見、最重要的方式[4]。橡膠在熱和氧的共同作用下發(fā)生的老化現(xiàn)象稱為熱氧老化。即，橡膠熱氧老化過程具有自動催化的特征，同時不斷地吸氧[5]，在高溫下橡膠中的低揮發(fā)物還會逐漸揮發(fā)和碳化，并且這個過程是由表及里的過程。而GB/T 20021—2005標準中附錄А.1對熱空氣老化試樣的制備的規(guī)定是用縱向全厚度輸送帶作樣品，其工作面蓋膠只有表面直接與熱和氧接觸，也就是只有工作面蓋膠表面作熱氧老化，并在熱氧作用下被老化；而工作面蓋膠的內(nèi)部未與氧接觸，只是干熱老化而已，并且高溫下內(nèi)部的低揮發(fā)物在表面膠的保護下不會揮發(fā)和碳化，這與熱氧老化有很大的區(qū)別。同時GB/T 20021—2005標準中附錄А.2又規(guī)定其老化后制片時又要先去掉覆蓋層外表面厚度為A的一層，只用覆蓋層內(nèi)部膠作試片（這種老化和制樣方式的不足將在下文予以討論）。由此也必將對不同規(guī)格的樣品帶來不同的試驗結(jié)果。

2 對GB/T 20021—2005標準的探討

2.1 擺放方式

2.1.1 平放

按GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標準中附錄А.1的要求，500 mm×500 mm的輸送帶縱向全厚度試樣應(yīng)置于符合GB/T 3512標準的老化箱中，但并未說明是平放還是立放，一個老化箱內(nèi)是放一個樣還是兩個樣等。如果平放，其擺放方式又有如圖2中(a)靠下擺放和(b)靠上擺放兩種，甚至也可以居中擺放，或是將兩塊試樣同時上下放入等方式，這些都對試驗的結(jié)果帶來不確定性。

圖2 平放試樣

如若靠下擺放[圖2(a)]，其距老化箱下底面多高為佳？GB/T 3512標準中的“4”規(guī)定了試樣與老化箱壁至少應(yīng)相距50 mm，而熱風出風口是在老化箱的內(nèi)壁靠底板下方，故它離熱風出風口很近，且會在試樣和底板間形成一個小的獨立空間，熱風被吹出后將先被限定在這個獨立空間內(nèi)，使老化箱內(nèi)被吹出的熱氣不能自由流動，各處溫度相當不均勻，將使這個獨立空間內(nèi)的溫度比老化箱內(nèi)其他地方的更高。而溫度傳感器則是在老化箱的內(nèi)壁上方（靠頂板），當溫度傳感器的溫度達到規(guī)定值時，在這個獨立空間內(nèi)的實際溫度已超過了規(guī)定溫度，這將嚴重影響試驗結(jié)果。如若靠上擺放[圖2(b)]，其距老化箱上頂面多高為佳？圖2(b)的溫度真實性確比圖2(a)的好，但老化箱內(nèi)被吹出的熱氣也不能完全自由流動，各處溫度的一致性也受到影響，也會對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

在平放中，工作面應(yīng)向下還是向上？GB/ T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》標準中附錄А.1也未作具體的要求。工作面是向下還是向上，對工作面而言所受實際溫度并不一樣，試驗結(jié)果也就有很大出入。如果是放兩塊，一上一下擺放，除了這種不確定性外，兩個試樣都工作面向下，兩個試樣都工作面向上，或是一個向上一個向下等問題，都將嚴重影響試樣結(jié)果的一致性和準確性。

如果是上下兩塊試樣放入，老化箱內(nèi)被吹出的熱氣比只放一個試樣時更加不能自由流動，各處溫度的不均勻性比只放一個試樣時還要不均勻，會使上、下兩個試樣的實際熱空氣老化溫度不一致。

2.1.2 立放

如果是立放500 mm×500 mm的輸送帶縱向全厚度試樣，其擺放方式又有如圖3(a)、(b)、(c)三種方式。若是將兩塊試樣同時立放，還會有更多可能性。同平放一樣，也存在熱空氣自由流動情況、作面朝向、試樣放入的數(shù)量等影響因素。

圖3 立放試樣

2.2 薄片的制作方法

按GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》標準要求，須在成品中切下距帶邊至少100 mm的中部區(qū)域的兩塊500 mm×500 mm的縱向全厚度試樣，置于符合GB/T 3512標準要求的熱空氣老化箱中進行相應(yīng)的老化試驗。然后切下覆蓋層，并先在工作面覆蓋層外表面切掉厚度為A的一層，若覆蓋層厚度為h1，則A≈0.5（h1-2）；然后再切下大約2.5 mm厚的一層，將兩面精細磨光，處理成2 mm厚的薄片。這種制樣方法，對不同的工作面覆蓋膠厚度和不同的覆蓋膠結(jié)構(gòu)或成型方式，其測試結(jié)果具有相當大的差別。

2.2.1 輸送帶的不同工作面覆蓋膠厚度對耐熱老化測試結(jié)果的影響

無論輸送帶的工作面覆蓋膠厚度是4 mm或是9 mm，它們所作耐熱老化測試的溫度和時間是一致的，也就是說熱老化對輸送帶工作面覆蓋膠表面的損傷程度是一致的（骨架材料的品種、規(guī)格和層數(shù)對熱老化的影響暫且忽略不計）。而根據(jù)標準的薄片制作方式，輸送帶工作面覆蓋膠厚度不同，所切掉的外表面厚度也不同，9 mm厚的工作面覆蓋膠應(yīng)切掉厚度A：0.5× （9-2）＝3.5 mm；而4 mm厚的工作面覆蓋膠應(yīng)切掉厚度A=0.5×（4-2）＝1.0 mm厚。這就出現(xiàn)一個問題：如果在一定溫度和一定時間內(nèi)的熱老化對橡膠表面的損傷（龜裂、碳化、老化等）是2.0 mm厚，則用9 mm厚的工作面覆蓋膠的測試結(jié)果可能合格，而用4 mm厚的工作面覆蓋膠的測試結(jié)果就一定不合格，并且可能連薄片都不能制作，因它只切掉工作面覆蓋膠外表面1.0 mm厚，而在這一熱老化溫度和時間內(nèi)對橡膠表面的損傷（龜裂、碳化、老化等）是2.0 mm厚，它還有1.0 mm是受損傷（龜裂、碳化、老化等）的，沒有被切掉。按此方法，有用全丁苯膠做鋼絲螺旋網(wǎng)芯耐灼燒輸送帶的企業(yè)，蓋膠厚度在6 mm以上時，做175 ℃的熱老化后，硬度+14，拉伸強度變化率-34%，拉斷伸長率變化率-45%，全面達到T4型耐高溫輸送帶的標準要求[6]。筆者公司用EP200型6層，工作面覆蓋膠7.5 mm厚的T2型耐熱帶（也是全丁苯膠的），按GB/ T 20021—2005標準用立放的方式在老化箱中進行175 ℃×96 h的熱老化試驗（T4型耐熱帶的熱老化溫度和時間），并按GB/T 20021—2005帆布芯耐熱輸送帶標準的薄片制作方式制片，其試驗結(jié)果完全符合T4標準（見表1）；而此T2型耐熱帶按GB/T 3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》標準要求，進行不同溫度下的老化試驗（見表2），在135 ℃×4 d以上老化后就不合格了。

表1 某T2型耐熱帶按GB/T 20021—2005標準老化試驗結(jié)果

2.2.2 對T3型以上耐高溫輸送帶的影響

用三元乙丙橡膠、二元乙丙橡膠等為主體材料生產(chǎn)的T3、T4型高溫輸送帶，出于生產(chǎn)工藝、粘合性和生產(chǎn)成本上考慮，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是：在工作面蓋膠與骨架材料之間加一層1.0～1.5 mm厚的過渡層（其厚度計入工作面蓋膠中），作為工作面蓋膠與骨架材料之間的粘合層，骨架材料的貼膠采用通用膠，只是適當加大貼膠厚度，增強骨架材料之間的粘合強度；非工作面蓋膠采用T2型耐熱蓋膠，這樣既滿足了工藝要求，又解決了粘合性能（包括骨架材料之間以及骨架材料與覆蓋膠之間的粘合性能），同時也符合覆蓋層耐高溫的要求，提高了耐高溫輸送帶的使用壽命，還能降低生產(chǎn)成本。用這種方式生產(chǎn)的耐高溫輸送帶，其覆蓋膠按GB/T 3512標準測試（即試片懸掛法）可完全符合T3、T4型耐高溫輸送帶的要求，筆者研究發(fā)現(xiàn)，其測試條件在180 ℃×7 d時也能達到T4型的指標要求；而如果按這種方式生產(chǎn)的耐高溫輸送帶工作面蓋膠只有4.5 mm時，其中最里層的1.00～1.50 mm是過渡層，按GB/T 20021—2005標準測試（即整體試樣法），老化后又要去掉表面的1.25 mm，這樣用來做試驗的就可能是覆蓋膠與過渡層的混合體，其試驗結(jié)果可能就不符合T3、T4型耐高溫輸送帶的要求。而用6 mm以上的T2型（全用丁苯膠）耐熱輸送帶工作面蓋膠按GB/T 20021—2005標準測試（即整體試樣法），結(jié)果則是合格的（見2.2.1），顯然具有不合理性。

表2 某T2型耐熱帶按GB/T 3512標準老化試驗結(jié)果

3 結(jié) 語

國標GB/T 20021—2005雖然比部標HG 2297—92 已經(jīng)有了很大進步，要求更高，規(guī)定也更細，在一定程度上對促進國內(nèi)耐熱輸送帶的發(fā)展起到了積極作用，但是由于沒有具體規(guī)定老化試樣的放置方法，不同試驗人員的不同理解，將對其試驗結(jié)果造成很大影響。同時這種老化方法也不利于對產(chǎn)品的開發(fā)試驗。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，新材料的不斷出現(xiàn)，筆者認為GB/T 20021—2005《帆布芯耐熱輸送帶》中的附錄А“耐熱輸送帶的熱老化試驗用試樣的制備方法”已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)實的需要，不能促進帆布芯耐熱輸送帶的技術(shù)進步，故建議在該標準修訂時，對老化試驗按GB/T3512《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》標準進行。

[1] 肖棟才. 我國膠帶工業(yè)現(xiàn)狀及產(chǎn)品開發(fā)方向[J].膠帶工業(yè)，2000(5)：4.

[2] GB/T 20021—2005.帆布芯耐熱輸送帶[S].

[3] HG 2297—92.耐熱輸送帶[S].

[4] 董素芳. 橡膠的老化與三元乙丙橡膠的性能分析[C].2011年塑料助劑生產(chǎn)與應(yīng)用信息交流會論文集：286.

[5] 高松. 最新橡膠配方優(yōu)化設(shè)計與配方1000例及鑒定測試實用手冊[M]. 北京：北方工業(yè)出版社：192.

[6] 孟凡佑. 鋼絲螺旋網(wǎng)芯耐灼燒輸送帶的研究[C]. 2013年膠管膠帶信息與技術(shù)論壇文集：171.

[責任編輯：朱 胤]

TQ330.7+3

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1671-8232(2014)08-0051-05

2014-01-13

曠榮南（1963—），男，河南鞏縣人，重慶中南橡膠有限公司工程師，主要從事輸送帶的產(chǎn)品開發(fā)以及生產(chǎn)工藝的技術(shù)管理工作。